يُعد FM 200 واحدًا من مجموعة واسعة من المواد النظيفة (Clean Agent) التي تندرج ضمن المركبات المهلجنة (Halogenated Compounds). هذه المواد عبارة عن هيدروكربونات (Hydrocarbons) تم فيها استبدال واحدة أو أكثر من ذرات الهيدروجين بذرات من العناصر الهالوجينية، مثل الكلور (Cl)، الفلور (F)، البروم (Br)، أو اليود (I).
في هذا المقال سيتم مناقشة النقاط التالية بمزيد من التفصيل.
معلومة هامّة قبل البدء
FM200 هو الاسم التجاري المستخدم من قبل بعض الشركات مثل 3M لأنظمة إطفاء الحريق باستخدام الغاز، بينما الاسم العلمي لهذه المادة هو Heptafluoropropane (C3HF7). يعتبر هذا النظام من أحدث وأفضل أنظمة إطفاء الحرائق التي يتم استخدامها في الأماكن الحساسة مثل مراكز البيانات، حيث يتميز بقدرته على إطفاء الحرائق بسرعة دون التأثير على المعدات الإلكترونية. من جهة أخرى، قد تستخدم بعض الشركات مثل نافكو اسمًا تجاريًا مختلفًا مثل NKS200، كما يظهر في هذه الصورة، لكن المكون الكيميائي المستخدم في جميع الأنظمة هو نفسه. في هذا المقال، سنتناول خصائص واستخدامات هذا الغاز في تطبيقات الحماية من الحرائق، وسنستخدم الاسم المذكور في مراجع NFPA وهو HFC-227ea.
التركيب الكيميائي لـ FM 200
كما سبق أن ذكرنا، فإن الـFM 200 ينتمي إلى مجموعة الهالوكربونات (Halocarbons)، وهي في الأصل هيدروكربونات تم فيها استبدال ذرات الهيدروجين بذرات الهالونات. بناءً على ذلك، التركيب الكيميائي للـFM200 هو 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane، والذي يُمثل بالشكل التالي.
يُوضِّح الجدول التالي الخصائص الفيزيائية لمادة FM 200، وهو مستند إلى معلومات موثوقة من Fire Protection Handbook، الذي يُعتبر المرجع الأساسي للتحضير للحصول على أبرز شهادات NFPA، وهي شهادة CFPS.
| Physical Property | Units | HFC-227ea |
|---|---|---|
| Molecular weight | N/A | 170 |
| Boiling point at 760 mm Hg | °F | 2.4 |
| Freezing point | °F | -204 |
| Critical temperature | °F | 214 |
| Critical pressure | psi | 424 |
| Critical volume | ft³/lbm | 0.0280 |
| Critical density | lbm/ft³ | 35.77 |
| Specific heat, liquid at 77°F | Btu/lb-°F | 0.281 |
| Specific heat, vapor at constant pressure (1 atm) and 77°F | Btu/lb-°F | 0.193 |
| Heat of vaporization at boiling point | Btu/lb | 56.6 |
| Thermal conductivity of liquid at 77°F | Btu/hr-ft-°F | 0.034 |
| Viscosity, liquid at 77°F | lb/ft-hr | 0.579 |
| Relative dielectric strength at 1 atm at 734 mm Hg, (N2 = 1) | N/A | 2 at 77°F |
| Solubility of water in agent at 70°F | wt% | 0.06 at 70°F |
ما هو الـ Clean Agent؟
الـClean Agents هي مواد إطفاء تُعرَّف وفقًا لمعيار NFPA 2001 على أنها مواد إطفاء متطايرة أو غازية، غير موصلة للكهرباء، ولا تترك أي بقايا بعد تبخرها. تُستخدم هذه المواد بشكل واسع في أنظمة الإطفاء المعتمدة على الغمر الكامل (Total Flooding Systems) نظرًا لخصائصها المميزة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لحماية المعدات الإلكترونية والمواد الحساسة.
الخصائص الرئيسية للـClean Agents تشمل:
- غير موصلة للكهرباء، مما يجعلها آمنة للاستخدام حول الأجهزة الكهربائية.
- تتبخر بسرعة ولا تترك أي أثر، مما يُبقي المناطق المحمية نظيفة وخالية من التلف.
- تتوفر على شكل غازات مُسَالة أو مواد تتصرف بطريقة مشابهة للسوائل، مثل السوائل القابلة للضغط.
- تتطلب في الغالب الضغط باستخدام غاز النيتروجين لضمان تفريغها الفعّال.
الجدول التالي يوضّح قائمة بالهالوكربونات المختلفة والتي ذُكرَت في كود NFPA 2001 وهو المعيار الخاص بأنظمة إطفاء الحريق بالمواد النظيفة (Standard on Clean Agent Fire Extinguishing Systems)
| Agent | Chemical Composition | Formula |
|---|---|---|
| HFC Blend B | Tetrafluoroethane (86%) Pentafluoroethane (9%) Carbon Dioxide (5%) |
CH2FCF3 CHF2CF3 CO2 |
| FK-5-1-12 | Dodecafluoro-2-methylpentan-3-one | CF3CF2C(O)(CF(CF3)2) |
| HCFC Blend A | Dichlorotrifluoroethane HCFC-123 (4.75%) Chlorodifluoromethane HCFC-122 (82%) Chlorotetrafluoroethane HCFC-124 (9.5%) Isopropenyl-1-methylcyclohexene (3.75%) |
CHCl2CF3 CHClF2 CHClFCF3 |
| HCFC-124 | Chlorotetrafluoroethane | CHClFCF3 |
| HFC-125 | Pentafluoroethane | CHF2CF3 |
| HFC-227ea | Heptafluoropropane | CF3CHFCF3 |
| HFC-23 | Trifluoromethane | CF3CHFCF3 |
| HFC-236fa | Hexafluoropropane | CF3CH2CF3 |
| IG-01 | Argon | Ar |
| IG-100 | Nitrogen | N2 |
| IG-541 | Nitrogen (52%) Argon (40%) Carbon dioxide (8%) |
N2 Ar CO2 |
| IG-55 | Nitrogen (50%) Argon (50%) |
N2 Ar |
| Halocarbon Blend 55 (HB-55) | Trans-1-Chlor-3,3,3-trifluoropropene (50%) Dodecafluoro-2-methylpentan-3-one (50%) |
CF3.CH=CHCl CF3CF2C(O)(CF(CF3)2) |
آلية إطفاء الحريق باستخدام Clean Agents
آلية الإطفاء للمركبات المستخدمة في أنظمة الإطفاء تختلف وفقًا لنوع المركب المستخدم. على سبيل المثال، المركبات مثل HBFC وHFIC تعمل على تعطيل سلسلة التفاعل الكيميائي للحريق، وهو ما يوقف الحريق عن طريق التأثير المباشر على التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل اللهب. أما المركبات الأخرى، فتعتمد آلية الإطفاء الخاصة بها على امتصاص الطاقة الحرارية من منطقة الحريق، حيث يتفكك المركب ويتم امتصاص الحرارة بشكل يعطل عملية الاحتراق.
من أجل ضمان الإطفاء الفعّال، يجب أن يتوافر حد أدنى من تركيز المركب في البيئة التي يتم حمايتها. ولتحديد أقل تركيز مطلوب للإطفاء، يتم إجراء اختبار يُسمى “Cup burner” وفقًا لمواصفات ISO 14520-1. هذا الاختبار يساعد في تحديد التركيز الأدنى اللازم لإخماد الحريق باستخدام المركب المحدد.
على سبيل المثال، في حالة استخدام الـFM 200، فإن التركيز المطلوب لإطفاء الحريق هو 6.62%. يمكن من خلال الجداول المخصصة التعرف على التركيزات المطلوبة لبقية المركبات الأخرى المستخدمة في أنظمة الإطفاء.
| Agent | MEC (vol %) |
|---|---|
| HFC-227ea | 6.62 |
| HFC-125 | 8.7 |
| HFC-23 | 12.9 |
| HFC-236fa | 6.3 |
| HB-55 | 5.5 |
| FK-5-1-12 | 4.5 |
| JG 541 | 34.4 |
| IG 55 | 36.2 |
| IG 01 | 43.2 |
| IG 100 | 32.6 |
هل غاز FM 200 آمن أم سام؟
من الأمور الشائعة عن نظام FM 200 أنه يُعتبر آمنًا ويمكن تركيبه في الأماكن التي يتواجد فيها البشر، ولكن هذا ليس صحيحًا في كل الحالات، حيث يعتمد ذلك على عدة عوامل.
أولاً، يجب تصميم النظام وفقًا للتركيز الذي لا يسبب أي تأثيرات ملحوظة على الصحة، وهذا التركيز يُعرف باسم NOAEL (الحد الأدنى للتركيز الذي لا يسبب أي تأثيرات ضارة).
في عام 1996، سمحت NFPA 2001 بزيادة التركيز إلى الحد الأدنى الذي يسبب تأثيرات ملحوظة، والمعروف باسم LOAEL (الحد الأدنى للتركيز الذي يسبب تأثيرات ضارة)، ولكن بشرط تركيب نظام إنذار مسبق يحتوي على وقت تأخير قبل بدء التفريغ. من المهم أيضًا الرجوع إلى متطلبات الدفاع المدني في بلدك لضمان توافق النظام مع معايير السلامة المحلية.
الجدول التالي يوضّح تركيزات الـNOAEL والـLOAEL لبعض المركّبات، بما في ذلك الـFM 200:
| Designation | Formula | NOAEL (%) | LOAEL (%) | LC50 or ALC (%) |
|---|---|---|---|---|
| HFC-227ea | C3F7H | 9 | 10.5 | >80 |
| HFC-23 | CHF3 | 30 | >30 | >65 |
| HCFC-124 | C2HCIF4 | 1 | 2.5 | 23-29 |
| HFC-125 | CH2HF5 | 7.5 | 10 | >70 |
| HFC-236fa | 10 | 15 | >45.7 | |
| FK-5-1-12 | CF3CF2C(O)(CF(CF3)2) | 10 | >10 | >10 |
| FIC-1311 | CF3I | 0.2 | 0.4 | >12.8 |
| HCFCBlendA | 10 | >10 | 64 | |
| HFCBlendB | 5.0 | 7.5 | 56.7 | |
| HB055 Blend | 8.7 | >8.7 | >11 |
ثانيًا، لتحديد مدى أمان أنظمة الـClean Agents يجب الأخذ في الاعتبار أقصى مدة مسموح بها للتعرُّض للـAgent، والمعروفة بـ Human Exposure Time. تختلف هذه المدة بناءً على المُركِّب وتركيزه في المكان المحمي.
بالنسبة لـFM200، عند التركيز المنخفض (مثل 6.9%)، يُسمَح بالتعرض لمدة تصل إلى 5 دقائق. لكن مع زيادة تركيز الـFM200 في المكان، تقل مدة التعرض بشكل ملحوظ. فعلى سبيل المثال، عند تركيز 12%، تكون أقصى مدة للتعرض حوالي 30 ثانية (0.49 أو نصف دقيقة) فقط. وهذا يُظهر أهمية مراقبة التركيز بدقة، حيث أن التعرض لفترات طويلة مع تركيزات مرتفعة يمكن أن يكون غير آمن.
| Percentage v/v | ppm | Human Exposure Time (min) |
|---|---|---|
| 9.0 | 90,000 | 5.00 |
| 9.5 | 95,000 | 5.00 |
| 10.0 | 100,000 | 5.00 |
| 10.5 | 105,000 | 5.00 |
| 11.0 | 110,000 | 1.13 |
| 11.5 | 115,000 | 0.60 |
| 12.0 | 120,000 | 0.49 |
الفرق بين غاز CO₂ و FM 200
هناك بعض الاختلافات بين غازي CO₂ وFM 200، وأحد أشهر هذه الاختلافات هو أن CO₂ غير مناسب للمناطق المأهولة أو التي يتواجد فيها البشر. يعود ذلك إلى أن أقل تركيز مطلوب للإطفاء باستخدام CO₂ هو 34%، وهو تركيز أعلى بكثير من الحد الذي يمكن أن يشكل خطراً على صحة الإنسان.
لكن هذا التركيز يفتح لنا نقطة فنية أخرى في الاختلافات بين النظامين، وهي أن كل نظام يحتاج إلى تركيز معين من الغاز في الجو ليصبح الوسط خاملًا، ويحدث الإطفاء. في حالة FM 200، سيكون مطلوباً تركيز أقل من الذي يتطلبه CO₂ لتحقيق نفس الفاعلية في الإطفاء. هذا يعني أن الكمية اللازمة من FM 200 لتحقيق الإطفاء ستكون أقل مقارنةً بثاني أكسيد الكربون، مما قد يؤثر على حجم النظام ومساحة المكان الذي يتم فيه تركيب النظام.
إذا نظرنا إلى الفرق في التركيز بين الغازين، سنلاحظ أن كل جزيء من FM 200 له تأثير يعادل تقريباً 6 أضعاف تأثير نفس الجزيء من CO₂. كما أن وزن الجزيء في FM 200 أكبر تقريباً ضعف وزن الجزيء في CO₂، مما يعزز فعالية FM 200 مقارنةً بـ CO₂ في إطفاء الحرائق.
الميزة الثانية التي يتميز بها الـFM 200 هي أن عملية التبخُّر تحدث جزئيًا، على عكس CO₂ الذي يتحوّل إلى غاز فورًا عند خروجه إلى الضغط الجوي العادي. هذا يعني أن الـFM 200 يبقى في شكل سائل لفترة أطول، مما يساعده في الوصول إلى مسافات أبعد قبل أن يتبخر تمامًا. هذه الميزة تجعل الـFM 200 أكثر فعالية في تغطية المساحات الكبيرة أو الأماكن التي تحتاج إلى توزيع متوازن للغاز لإطفاء الحريق.
مزايا استخدام نظام FM 200
نظام الـFM 200 أثبت كفاءته العالية في الأماكن التي تم تركيبها فيها، ويتميز بسلامته النسبية في الأماكن التي يتواجد فيها البشر. من ضمن مزاياه أيضًا:
- سهولة الوصول والإطفاء: لأن الـFM 200 غاز، فإن لديه القدرة على الانتشار بسهولة والوصول إلى الأماكن التي قد تكون صعبة الوصول لها باستخدام وسائل الإطفاء التقليدية.
- فعالية الإطفاء في مراحل متقدمة: عند دمجه مع الحسَّاسَات المناسبة، يمكن للنظام إطفاء الحرائق في مراحل متقدمة جدًا قبل أن يتسبب الدخان أو النار في أي تلفيات، مما يعزز حماية الممتلكات.
- لا يترُك أثر: أحد أبرز خصائص الـFM 200 أنه لا يترك أي أثر بعد الإطفاء، مما يساعد في الحفاظ على المكان وسلامته، وهو ما يجعله جزءًا من مجموعة الـClean Agents.
عيوب استخدام نظام FM 200
بالرغم من كفاءة استخدام نظام الـFM 200 والمزايا العديدة التي يتمتع بها، إلا أنه يحتوي على بعض العيوب التي يجب مراعاتها، مثل:
- ضرورة إغلاق المكان بشكل محكم: يجب أن يكون المكان الذي يوجد فيه النظام مغلقًا بشكل جيد تمامًا لضمان عدم انخفاض تركيز الغاز عند تفريغ النظام عن الحد الأدنى المطلوب للإطفاء.
- عدم الفاعلية في التبريد: الأنظمة مثل الـFM 200 لا تعمل على التبريد بشكل مباشر. هذه النقطة مهمة خصوصًا في الحريق الذي يسبق احتراقه وقت طويل من الحرارة، مثل تلك التي تحدث في الـSmoldering Fires، حيث قد يكون من الصعب إخماد الحريق باستخدام النظام.
- ضرورة الصيانة المستمرة: يجب أن يتم تصميم النظام بشكل مناسب من حيث الحسَّاسَات والتحكُّم والتشغيل والتفريغ وفقًا للمواصفات القياسية. وهذا يتطلب اختبارًا وصيانة دورية لضمان عمل النظام بشكل سليم ومستمر.
كيفية حساب حجم اسطوانة FM 200
في هذا الڤيديو، ستتعلم كيفية إجراء حسابات نظام الـFM 200 بطريقة مبسّطة وفقًا لكود NFPA 2001. الڤيديو هو جزء من كورس أنظمة الحماية من الحريق: من الصفر حتى الاحتراف! والمتاح على موقعنا.
3 أفكار عن “ماهو نظام FM 200، مزاياه، عيوبه، الحسابات الأساسية”
Hey .. i would like to thank you for this valuable informations..and am looking for more info related to fire and gas system specially and security in oil and gas field generally
Hi, why NFPA-2001 is asking for hazard analysis if we are discharging the gas in room has equipment with more than 480 V and remain powered?
Dear Amr
As per NFPA old technical committee reports regarding this part:
“This requirement is intended to deal with the case in which a fire, started by an electrical initiating failure, could occur, and where augmented energy combustion (due to external heat flux to the burning Class A fuel substrates contained in the equipment or module, such as insulation, PC boards, combustible structural elements), owing to persistent electric arcing or ohmic heating due to continued electrical current flow. This results in flaming that is unable to be extinguished at the ordinary Class A agent design concentration. Each equipment item other than the primary failed unit, while subject to flame ignition from the primary failure, would offer a separate fire event requiring elevated agent concentration due to its own localized energy augmented combustion.”
Source: https://www.nfpa.org/Assets/files/AboutTheCodes/2001/2001_F2010_ROP_ballot.pdf
التعليقات مغلقة.